Projekt 38330/01

Circular Economy im Schülerlabor TüChemLab der Eberhard Karls Universität Tübingen

Projektdurchführung

Eberhard-Karls-Universität Tübingen
Fachbereich Chemie
Didaktik der Chemie
Auf der Morgenstelle 18
72076 Tübingen

Zielsetzung

Ein vollständiger und allumfassender Paradigmenwechsel hin zu einer Circular Economy kann durch interdisziplinäre Ansätze und holistisch-integratives Denken gelingen. Monodisziplinäre, geradlinige Ansätze können kaum erfolgsversprechend sein. Auch die Naturwissenschaft Chemie leistet einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Transformation, nach dem Motto: Kreislaufwirtschaft durch Chemie statt – wie häufig angenommen – wegen Chemie.
Ziel des Fördervorhabens soll die Konzeption innovativer Schülerlaborprogramme für die Sekundarstufe II sein, die Circular Economy in den Mittelpunkt stellen und den Beitrag der Chemie zur Transformation theoretisch sowie praktisch im Experiment erfahrbar machen, aber auch kritisch beleuchten. Der fächerübergreifende Gesamtzusammenhang, wird durch eine zeitgemäße schulische Vor- und Nachbereitung im Blended-Learning Format sichergestellt. Durch die beantragte Förderung soll die Entwicklung innovativer Experimente, z.B. zum Thema Cyanobakterien und Polyhydroxybutyrat (PHB), ermöglicht werden, die Themen der Prämissen der 6 R’s der Circular Economy aufgreifen und Probleme sowie mögliche Konflikte in der Zielerreichung in den Schnittfeldern zwischen Gesellschaft, Ökonomie und Ökologie thematisieren.
Konzeptionell werden die Voraussetzungen erfüllt, sowohl den chemischen Beitrag an gesellschaftlichen Errungenschaften anhand naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen aufzuzeigen, als auch die gesamte gesellschaftliche Breite und Interdisziplinarität des Themas von der Zielgruppe der Schülerinnen und Schüler erfassen zu lassen. Durch die Beschaffenheit des Schülerlabors als Lehr-Lern-Labor zur Wissenschaftskommunikation wird eine weitere essenzielle Zielgruppe, die der Lehramtsstudierenden, involviert. Durch ihre vermittelnde Rolle als Betreuende im Schülerlabor wird Expertise im Thema und für ihre spätere Unterrichtspraxis gewonnen. Maximale Breitenwirkung wird durch die parallele Durchführung von Lehrkräftefortbildungen im Verbund „MINT me!“ erreicht, sodass auch Multiplikatoren für den Einsatz im regulären Chemieunterricht hervorgehen werden.

Arbeitsschritte

Das Projekt umfasst im Wesentlichen die didaktische Konzeption und Erprobung neuer, innovativer Versuche in Anlehnung an die aktuelle Fachforschung, die den Beitrag der Chemie zu einer Kreislaufwirtschaft aufzeigen. Diese didaktische Erschließung ist seit vielen Jahren einer der Arbeitsschwerpunkte der Abteilung Chemiedidaktik an der Universität Tübingen. Der methodischen Umsetzung des Schülerlaborprogramms in einem Blended-Learning-Format kommt insofern eine weitere, bedeutende Rolle zu, als dass Konzepte und Denkweisen der Circular Economy zielgruppenorientiert und ansprechend aufbereitet werden können. So eröffnen Blended-Learning-Format-Ansätze die Möglichkeit ansprechende Drag&Drop-Anwendungen, Expertenmeinungen, Videosequenzen und Grafiken einen umfassenden, anschaulichen Überblick zu geben. Für eine zukünftige Implementierung auch in den Regelunterricht an den Schulen, werden Lehrkräfte in einem eigens zu konzipierenden Lehrkräftefortbildungskonzept in die Versuche und die Gesamtthematik eingeführt.

Ergebnisse

Im Projekt wurden drei Schülerlaborprogramme zur Circular Economy für die Sekundarstufe II entwickelt und im TüChemLab mit insgesamt 620 Schülerinnen und Schülern durchgeführt. Die Entwicklung folgte den Prinzipien der didaktischen Rekonstruktion und erfolgte in Kooperation mit fachwissenschaftlichen Arbeitsgruppen der Universität Tübingen. Die Experimente orientieren sich an den R-Strategien der Circular Economy und behandeln folgende Themen:



- das Recycling von PLA-Bechern zu 3D-Druckfilament (Recycle)

- die PHB-Produktion durch Cyanobakterien (Rethink)

- das Bioleaching von Yttrium aus Leuchtstoffen mit Kombucha (Recycle)

- die kolorimetrische Bestimmung von Glyphosat in Gewässerproben mit dem Smartphone (Refuse)

- wiederverwertbare Kunststofffolien aus Polymethylacrylat-Nanopartikeln (Rethink)



Die empirische Begleitforschung wurde mittels eines Prä-Post-Fragebogens durchgeführt (N = 132). Schon vor dem Laborbesuch schätzten die Jugendlichen die Relevanz der Chemie für Nachhaltigkeit hoch ein (M = 5,11 auf einer 7-stufigen Skala). Die Folgen der Chemie für Umwelt und Gesundheit beurteilten sie dagegen ambivalent. Nach dem Laborbesuch sahen sie die Chemie signifikant seltener als Verursacherin von Umweltproblemen (|r| = 0,60) und als Gefahr für den Menschen (|r| = 0,37). Die wahrgenommene Bedeutung der Chemie für Nachhaltigkeit stieg weiter (|r| = 0,62; jeweils p < 0,001). Forschungsnahe Experimente zur Circular Economy eignen sich also, um das Bild der Chemie bei Schülerinnen und Schülern zu verbessern. Die Teilnehmenden fanden den Labortag zudem unterhaltsam und interessant (M = 3,5 bzw. 3,33 von 4).

Öffentlichkeitsarbeit

Aus dem Projekt sind sechs Veröffentlichungen in nationalen und internationalen Zeitschriften hervorgegangen, darunter zwei Artikel im Journal of Chemical Education sowie Beiträge in der CHEMKON, Naturwissenschaften im Unterricht Chemie und dem World Journal of Chemical Education. Die entwickelten Experimente wurden in einer Lehrkräftefortbildung an der Akademie Dillingen (2025), beim 31. Curie-Minisymposium in Hannover (2026) und auf der Tagung „ACS Spring 2026“ der American Chemical Society in Atlanta vorgestellt. Ein Höhepunkt war ein eingeladener Plenarvortrag mit Workshop beim Lehrkräftekongress „Zirkuläre Wertstoffschöpfung“ in Leipzig zum 20-jährigen Bestehen des dortigen Lehrkräftefortbildungszentrums (Oktober 2026). Die Schülerlaborprogramme werden nach Projektende weitergeführt und um weitere Forschungsthemen zur Circular Economy ergänzt, etwa die Gewinnung von Lithium aus geothermalen Solen und die Abwasserreinigung mit metallorganischen Gerüstverbindungen.

Fazit

Das Projekt hat gezeigt, dass sich aktuelle chemische Forschung zur Circular Economy erfolgreich für die schulische Bildung erschließen und in diese integrieren lässt. Es konnten sämtliche im Projektantrag vorgesehenen Bausteine umgesetzt werden. Insgesamt wurden drei Schülerlaborprogramme mit unterschiedlichen fachlichen Schwerpunkten entwickelt, erprobt und mit insgesamt 620 Schülerinnen und Schülern durchgeführt. Neben der direkten Wirkung auf die teilnehmenden Schülerinnen und Schüler konnten durch Zeitschriftenartikel, Lehrkräftefortbildungen und Tagungsbeiträge weitere Zielgruppen erreicht werden.